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性别

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雄配子(精子)受精于雌配子(卵子)
雄配子(精子)受精于雌配子(卵子

生物性别(英语:sex)又称生殖性别生理性别生物中有许多物种可以划分成雄性雌性[1],不过也有些会是间性有性生殖是指雄性和雌性生物将其基因特质混合重组,繁衍后代的过程。配子是一种特殊的细胞,其中有生物的部分基因,雄性和雌性的配子结合后会产生后代。有些生物两性的配子在外形及功能上都相同同形配子接合英语isogamy,但大部分的生物的两性配子会有明显不同的外形(异型配子接合英语anisogamy)。

对于人类和其他的哺乳类动物,雄性会有XY染色体,而雌性会有XX染色体,这属于XY性别决定系统,其他动物也有其性别决定系统,例如鸟类的ZW性别决定系统及昆虫的X0性别决定系统

生物体产生的配子由其性别决定,雄性产生雄配子(动物的精子或是植物的花粉),雌性产生雌配子(卵母细胞或是卵细胞),若一生物可以产生雄配子,也可以产生雌配子,称为雌雄同体。常常同一种生物的外形会因为其性别而有明显的不同,这称为两性异形,而性选择及生物择偶英语mate choice也会加速两性外形上的差异化。

简介

生殖是生命的基本特质之一,也就是产生新个体的能力,性就是和生殖有关的一个概念。生命从简单的型式演化成复杂的型式,因此生殖机制也变的复杂。一开始的生殖只是一个复制的过程,产生一个新个体,其基因完全和原来个体相同,这种生殖称为无性生殖,许多单细胞生物仍用此方式繁衍后代,这也是一些多细胞生物繁殖的方式之一[2]。另一种生殖方式称为有性生殖,其后代的基因是来自二个不同的个体,不过也有些生物的生殖方式介于两者之间,例如细菌是有无性生殖,但某个细菌的基因可以转移到另一个细菌体内[3]

若不考虑介于有性生殖和无性生殖之间的形态,有性生殖和无性生殖之间的基本差异在于繁衍后代所需基因物质产生的方式。一般而言,细胞会在无性分裂之前复制其基因,然后分裂,这种细胞称为有丝分裂。若是有性生殖,会有另一种的细胞分裂,但其中间没有基因复制的过程,称为减数分裂,分裂后的细胞只有一半的染色体,称为配子。配子就是生物体用来进行有性生殖的细胞[4]。配子之间可以进行有性生殖,而且随着生殖系统一直演变,由相近形态的雄雌配子到不同形态的雄雌配子,例如体积较大的雌配子(卵子)及体积较小的雄配子(精子)[5]

在较复杂的生物体中,性器官会在有性生殖中制造配子,并且交换配子。许多物种(特别是动物)会有两性的分化,因此为分为雄性及雌性的。不过也有一些物种没有两性的分化,在同一个生物体中可能同时有雄性及雌性的生殖器官,称为雌雄间性,这在植物中相当常见[6]

演化

不同形式的异型配子英语anisogamy
A)活动细胞的异型配子, B)卵式生殖(卵细胞及精细胞), C) 不动细胞的异型配子(卵细胞及不动精子)
不同形式的同型配合:
A)活动细胞的同型配子, B) 不动细胞的同型配子, C) 缀合

有性生殖在十亿年前就已出现在单细胞的真核生物[7]。性别演化的原因,以及为何性别会一直延续到现在,仍然是在争论中的议题。其中有许多可能的原因,包括:性可以创造子代中的变化,性有助于有利性状的散播,可以消除不利的性状,以及促进种系DNA的修复。

有性生殖是真核生物(细胞中有细胞核及线粒体的生物)有的现象。除了动物、植物及真菌外,原生生物(例如疟疾病原体)也会进行有性生殖。有些细菌利用接合来在细胞之间转换基因,虽然和有性生殖不同,不过这也有助于基因性状的混合。

真核生物中有性生殖的一项特别是其配子之间的差异以及其受精方式的二元性差异。一个物体之中多样的配子种类仍视为是一种有性生殖,不过目前尚未找到有任一个多细胞生物存在三种不同的配子[8][9][10]

性的发展是在原核生物或真核生物早期的阶段[11],不过性别决定系统的起源在真核生物相当早期时就已经出现。及部分甲壳亚门的性别是ZW性别决定系统。大部分的哺乳类则是XY性别决定系统[12],有些昆虫[13]及植物(Silene latifolia)也是XY性别决定系统[14]。另外有些昆虫则是X0性别决定系统

鸟类的ZW性别决定系统和哺乳类的XY性别决定系统中,没有共同的基因[15],从鸡和人的比较中可以看出差异,Z基因类似人类的第九号常染色体,和X染色体及Y染色体都不同,因此推论ZW性别决定系统及XY性别决定系统没有共同的的起源,而性染色体是由鸟类及哺乳类共同起源的常染色体演化而来。有一篇2004年的论文比较鸡的Z染色体和鸭嘴兽的X染色体,推论这两个系统有关系[16]

两性异形

雌雄雉鸡在体型和外貌上有明显差异
雌雄雉鸡在体型和外貌上有明显差异

许多动物及一些植物的雌雄个体在大小及外貌上有明显差异,这个现象称为两性异形。一般而言人类的性别差异英语Sex differences in humans有这些:男性的体型较女性要大,体毛较女性要多、女性有较明显的乳房、较宽的臀部、较高的体脂肪百分比。在其他物种中,两性的差异可能更加明显,例如表示在颜色及体重上。

动物的两性异形常常和性选择有关,也就是同性个体之间要和异性交配而产生的竞争[17]。例如公鹿会在繁殖季节彼此用鹿角争斗,获胜者 才得以和母鹿交配。许多物种的雄性明显要比雌性要大。哺乳类中若雄性的体型明显的大于雌性,比较倾向会有一夫多妻制的交配系统,可能是因为雄性之间种内竞争的选择造成的,例如象海豹属。有些例子指出是雌性个体的喜好造成两性异形,例如突眼蝇英语stalk-eyed fly的例子[18]

其他的动物,像是大部分的昆虫及许多的鱼类,其雌性个体会比雄性要大,这可能是因为要产生卵细胞比产生精子需要更多的能量有关,体型越大的雌性个体可以产生越多的卵细胞[19]。例如母黑寡妇蜘蛛的身长一般会是公蜘蛛身长的两倍[20]。有时两性之间会有很大的差异,例如公的𩽾𩾌鱼是以寄生方式依赖母𩽾𩾌鱼生存。有些植物也有两性异形,雌株会明显的大于雄株,例如曲尾藓属英语Dicranum[21]Sphaerocarpos英语Sphaerocarpos[22]。有些证据指出在这里物种身上的两性异形和性染色体[22][23],或是和雌株产生的化学信号有关[24]

在鸟类中,公鸟的颜色英语Animal coloration较母鸟鲜艳,也有较明显突出的外观(例如公孔雀的尾羽),似乎会让公鸟比较容易被被捕食者发现,似乎反而是处在某种劣势中。有一种有关这类现象的解释,称为障碍原则英语handicap principle[25],这种假说认为雄性借此表示他们在这様的障碍下仍可以存活,因此有较高的适应度,而这様的遗传会影响公的和母的后代,不过母的后代不会受到这种“障碍”的影响。

参考文献

  1. ^ sex. CollinsDictionary.com. Collins English Dictionary—Complete & Unabridged 11th Edition. Retrieved 3 December 2012.
  2. ^ Raven, P. H.; 等. Biology of Plants 7 th. NY: Freeman and Company Publishers. 
  3. ^ Holmes, R. K.; 等. Genetics: Conjugation 4 th. University of Texas. 1996. 
  4. ^ Freeman, Scott. Biological Science 3rd. Pearson Prentice Hall. 2005. 
  5. ^ Dusenbery, David B. Living at Micro Scale. Cambridge, Mass: Harvard University Press. 2009. 
  6. ^ Beukeboom, L., and other. The Evolution of Sex Determination. Oxford University Press. 2014. 
  7. ^ Book Review for Life: A Natural History of the First Four Billion Years of Life on Earth. Jupiter Scientific. [2008-04-07]. 
  8. ^ Schaffer, Amanda (updated 27 September 2007) "Pas de Deux: Why Are There Only Two Sexes?", Slate.
  9. ^ Hurst, Laurence D. Why are There Only Two Sexes?. Proceedings: Biological Sciences. 1996, 263 (1369): 415–422. JSTOR 50723. doi:10.1098/rspb.1996.0063. 
  10. ^ Haag, E. S. Why two sexes? Sex determination in multicellular organisms and protistan mating types. Seminars in Cell and Developmental Biology. 2007, 18 (3): 348–9. PMID 17644371. doi:10.1016/j.semcdb.2007.05.009. 
  11. ^ Bernstein H and Bernstein C (2013). Evolutionary Origin and Adaptive Function of Meiosis. In Meiosis: Bernstein C and Bernstein H, editors. Chapter 3: pages 41-75 ISBN 978-953-51-1197-9, InTech, http://www.intechopen.com/books/meiosis/evolutionary-origin-and-adaptive-function-of-meiosis
  12. ^ Wallis MC, Waters PD, Graves JA. Sex determination in mammals--before and after the evolution of SRY. Cell. Mol. Life Sci. 2008, 65 (20): 3182–95. PMID 18581056. doi:10.1007/s00018-008-8109-z. 
  13. ^ Kaiser VB, Bachtrog D. Evolution of sex chromosomes in insects. Annu. Rev. Genet. 2010, 44: 91–112. PMC 4105922. PMID 21047257. doi:10.1146/annurev-genet-102209-163600. 
  14. ^ Guttman DS, Charlesworth D. An X-linked gene with a degenerate Y-linked homologue in a dioecious plant. Nature. 1998, 393 (6682): 263–6. PMID 9607762. doi:10.1038/30492. 
  15. ^ Stiglec, R.; Ezaz, T; Graves, J. A. A new look at the evolution of avian sex chromosomes. Cytogenet. Genome Res. 2007, 117 (1–4): 103–109. PMID 17675850. doi:10.1159/000103170. 
  16. ^ Grützner, F.; Rens, W.; Tsend-Ayush, E.; El-Mogharbel, N.; O'Brien, P. C. M.; Jones, R. C.; Ferguson-Smith, M. A.; Marshall, J. A. In the platypus a meiotic chain of ten sex chromosomes shares genes with the bird Z and mammal X chromosomes. Nature. 2004, 432 (7019): 913–917. PMID 15502814. doi:10.1038/nature03021. 
  17. ^ Darwin, C. The Descent of Man. Murray, London. 1871. ISBN 0-8014-2085-7. 
  18. ^ Wilkinson, G. S.; Reillo, P. R. Female choice response to artificial selection on an exaggerated male trait in a stalk-eyed fly. Proceedings of the Royal Society B. 22 January 1994, 225 (1342): 1–6. doi:10.1098/rspb.1994.0001. 
  19. ^ Stuart-Smith, J.; Swain, R.; Stuart-Smith, R.; Wapstra, E. Is fecundity the ultimate cause of female-biased size dimorphism in a dragon lizard?. Journal of Zoology. 2007, 273 (3): 266–272. doi:10.1111/j.1469-7998.2007.00324.x. 
  20. ^ Southern black widow spider. Insects.tamu.edu. [2012-08-08]. (原始内容存档于2003-08-31). 
  21. ^ Shaw, A. Jonathan. Population ecology, population genetics, and microevolution. A. Jonathan Shaw & Bernard Goffinet (eds.) (编). Bryophyte Biology. Cambridge: Cambridge University Press. 2000: 379–380. ISBN 0-521-66097-1. 
  22. ^ 22.0 22.1 Schuster, Rudolf M. Comparative Anatomy and Morphology of the Hepaticae. New Manual of Bryology 2. Nichinan, Miyazaki, Japan: The Hattori botanical Laboratory. 1984: 891. 
  23. ^ Crum, Howard A.; Anderson, Lewis E. Mosses of Eastern North America 1. New York: Columbia University Press. 1980: 196. ISBN 0-231-04516-6. 
  24. ^ Briggs, D. A. Experimental taxonomy of some British species of genus Dicranum. New Phytologist. 1965, 64 (3): 366–386. doi:10.1111/j.1469-8137.1965.tb07546.x. 
  25. ^ Zahavi, Amotz; Zahavi, Avishag. The handicap principle: a missing piece of Darwin's puzzle. Oxford University Press. 1997. ISBN 0-19-510035-2. 

延伸阅读与外部链接


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